Creep di funi di sospensione

Un esame della proprietà di scorrimento (da non confondere con lo scorrimento) in quanto funziona su funi di sospensione

Questo articolo si concentra sulla proprietà di scorrimento della fune di sospensione. Ne analizza la causa e le proprietà, quindi discute come testare lo scorrimento totale della fune. Si consiglia una quantità ragionevole di scorrimento totale per le funi degli ascensori. Utilizza anche un caso reale per mostrare l'importanza di un'ispezione regolare della fune che cerchi lo scorrimento totale per monitorare le condizioni di trazione e risolvere i guasti sul campo.

Come “unità di collegamento elastico” per ascensori a fune, funi di sospensione collegano la cabina e il contrappeso; nel frattempo, come "unità di trasmissione di potenza", trasferiscono il flusso di potenza dalla macchina all'auto/contrappeso per spostare l'ascensore su e giù. Quindi, le loro proprietà sono molto importanti per le prestazioni degli ascensori, che possono essere misurate come statiche e dinamiche. Le proprietà statiche come la forza di rottura minima e il modulo elastico equivalente indicano rispettivamente la capacità di carico e le prestazioni di allungamento della fune. Il comportamento delle funi in movimento è definito come proprietà dinamiche, come oscillazione longitudinale/laterale, flessione e scorrimento.

Strisciamento

Quando l'ascensore è in funzione, le funi di sospensione relative alla puleggia tendono sempre a strisciare verso il lato con maggiore tensione. È importante capire la differenza tra creep e slippage. La prima è una delle caratteristiche intrinseche delle funi di sospensione per ascensori a fune, e la sua essenza è la differenza tra la deformazione dell'elastomero sotto diverse tensioni. Ma, essendo un fenomeno di rottura dovuto a un attrito insufficiente tra fune e scanalatura, lo slittamento può essere evitato e persino eliminato.

Di seguito analizzeremo la ragione principale dello scorrimento della corda dalla formula di Eulero. Quando l'ascensore funziona normalmente, non si verifica alcuno slittamento tra la fune e la scanalatura e la tensione della fune su entrambi i lati della puleggia deve essere conforme a:

where e è la costante matematica, e f è il fattore di attrito. Quando la fune è in tensione su entrambi i lati della puleggia di trazione T₁ = T₂, la sollecitazione di trazione all'interno della sezione dell'angolo di avvolgimento deve rimanere invariata. In questo caso, il sistema di trazione si presenta come in uno stato di equilibrio (Figura 1, a sinistra). Una volta che la tensione su entrambi i lati della trazione

puleggia T₁ > T₂, all'interno della sezione dell'angolo di avvolgimento e dai punti "B" ad "A", la tensione di trazione aumenterà gradualmente da σ₂ a σ₁. Come elastomero e in vista della deformazione, l'allungamento della fune aumenterà di conseguenza da ε₂ = σ₂/E a ε₁ = σ₁/E dopo che la fune ha percorso la puleggia di trazione.

Per analizzare a livello micro, una cellula elastica con un ceppo ε₂ = σ₂/E in "B", dopo aver attraversato la puleggia e aver raggiunto "A", ottiene un cambiamento di deformazione ε₁ = σ₁/E e una differenza ceppo Llε:

Llε = ε₁ - ε₂ = (σ₁ - σ₂)/E                       (Equazione 2)

where E è il modulo E equivalente della fune (in MPa).

Possiamo immaginare che, dopo il passaggio sulla puleggia, una cella di fune si allunghi per la differenza di tensione e, quindi, rispetto alla puleggia, la fune tenda a strisciare verso il lato con maggiore tensione, T₁, che è definita come proprietà di scorrimento. Dall'equazione 2, la dimensione dello scorrimento è determinata dal modulo E equivalente della fune metallica e dalla sua differenza di tensione/sollecitazione su entrambi i lati della puleggia di trazione.

Per analizzare a livello macro, se c'è abbastanza corda che passa sopra la puleggia di trazione, ogni minuscolo Llε si accumulerà e alla fine formerà un errore di lunghezza visibile, definito come lo scorrimento totale della fune.

Per riassumere e trarre conclusioni:

• La proprietà di scorrimento è inerente ai sistemi di trazione, che è simile allo scorrimento elastico sui sistemi a cinghia.
• La dimensione dello scorrimento dipende da due aspetti: le proprietà elastiche della fune (vale a dire, l'equivalente modulo E) e la differenza di tensione della fune su entrambi i lati della puleggia di trazione.
• La dimensione dello scorrimento totale è dominata dalla proprietà di scorrimento e dalla lunghezza della fune che passa sopra la puleggia di trazione.
• Lo slittamento che si verifica tra la fune e la puleggia di trazione è un modello di guasto che può essere evitato e persino eliminato.

Essendo una piccola differenza di deformazione, è difficile da osservare o misurare in uno stato statico. Tuttavia, le minuscole differenze si accumulano fino a formare un creep totale osservabile. Per un progettista di ascensori, lo scorrimento totale è più importante dello scorrimento. Pertanto, quanto segue sarà focalizzato sullo scorrimento totale.

Creep totale

Per definire e misurare lo scorrimento totale della fune, fermare la cabina vuota al piano inferiore (o superiore), tracciare una linea con il gesso o un pennarello sulla fune e puleggere nella sezione della loro regione di contatto, azionare l'ascensore un ciclo (scatto) e tornare nella posizione iniziale, in modo che i segni sulla fune e sulla puleggia non siano più allineati. Definiamo la distanza (come arco di puleggia di trazione) dei due segni come scorrimento totale della fune. Va notato che tutte le analisi sono fatte in condizioni ideali, cioè senza considerare il possibile slittamento tra la corda e la scanalatura.

Per analizzare intuitivamente quantitativamente lo scorrimento totale, in un modello di sospensione dell'ascensore semplificato come la Figura 2, assumere il parametro dell'ascensore: diametro primitivo della puleggia D = 400 mm, e altezza di viaggio H = 125.664 metri. Un viaggio prevede la fune di trascinamento della puleggia per 125.664 m. Se non si considera l'impatto dello scorrimento della fune, la puleggia ruoterà n = 125.664/(0.4 X 3.14) = 100 cicli.

Metodo di misurazione e come influisce sull'ascensore Sistema

Dopo aver fermato la cabina vuota al piano inferiore, prendere un segno di sovrapposizione di "A" e "a" in posizioni adeguate rispettivamente su fune e puleggia (Figura 3). (Per semplificare l'analisi e la spiegazione, la posizione contrassegnata è a ore 9 sulla puleggia.)

Aziona l'ascensore a velocità normale e solleva l'auto dal basso all'ultimo piano. Sulla base dell'ipotesi di cui sopra, la puleggia ruoterà solo 100 cicli e "a" tornerà alla "posizione iniziale" (ore 9). Sotto l'affetto della proprietà di scorrimento, la corda si sposterà verso il T₂ lato (dove c'è più tensione), la cui direzione è la stessa con la direzione di rotazione della puleggia (in senso orario). Pertanto, la puleggia non dovrà ruotare di 100 cicli (Figura 4).

Dopo che la cabina vuota arriva all'ultimo piano, possiamo vedere che il segno "a" devia dalle ore 9 (segno "Bb") con un angolo θ₁. Quindi, il ciclo di rotazione effettivo della puleggia n₁ può essere derivato da:

Riportare la cabina al piano inferiore a velocità normale in discesa (antiorario) dal punto di partenza di riferimento “Bb”. La direzione di scorrimento della fune è costantemente verso il T₂ (senso orario), opposto al senso di rotazione della puleggia. Pertanto, la puleggia necessita di una maggiore rotazione rispetto al vagone in discesa rispetto al valore teorico.

Dopo che la cabina vuota è tornata al piano inferiore (Figura 5), ​​"b" è oltre la posizione teorica per angolo θ₂. Questo perché il punto di partenza di riferimento è "b" verso il basso. Quindi, il ciclo di rotazione effettivo della puleggia n₂ può essere derivato da:

In un sistema di ascensori, la posizione assoluta è determinata dalla fune della cabina, quindi dopo un'operazione di andata e ritorno, il segno "A" sulla fune tornerà sicuramente nella sua posizione originale. Tuttavia, il segno "a" sulla puleggia non può, a causa dell'influenza dello scorrimento della fune. Dalla figura 5 possiamo notare che, rispetto alla fune o alla sua posizione di partenza originaria, la puleggia devia di un angolo θ (θ = θ₁ + θ₂). Questo è definito come angolo di scorrimento e la corrispondente lunghezza dell'arco "Aba" è definita come scorrimento totale.

Tipo di viaggio

Come accennato, non segniamo "b" quando misuriamo lo scorrimento totale. Quindi, lo scorrimento totale è la lunghezza dell'arco di "Aa". Ci sono due diverse lunghezze d'arco dal punto “A” al punto “a” lungo entrambe le direzioni circonferenziali. Quindi, dobbiamo confermare quale direzione è giusta per misurare lo scorrimento totale.

Quando si esegue il test con un'auto vuota, il che significa che il peso dell'auto è più leggero di quello del contrappeso, T₁ < T₂, la direzione dello scorrimento totale è: la lunghezza dell'arco in senso antiorario “Aa” (Figura 6, a sinistra). Quando si prova a pieno carico, il che significa che il peso dell'auto è maggiore di quello del contrappeso, T₁ > T₂, la direzione dello scorrimento totale è la lunghezza dell'arco in senso orario "Aa" (Figura 6, a destra).

Questo articolo presuppone che il punto di partenza sia dal piano inferiore. Tuttavia, il risultato è lo stesso di se lo provassimo dall'ultimo piano. La dimensione e la direzione dello scorrimento totale saranno le stesse.

Per riassumere sopra e trarre conclusioni sul creep totale:

• La dimensione dello scorrimento totale: dopo aver azionato l'ascensore con un viaggio di andata e ritorno, lo spostamento lll è tra il segno sulla fune e il segno sulla puleggia.
• Un viaggio di andata e ritorno genera uno scorrimento totale (lll); quindi, dopo n viaggi di andata e ritorno nel tempo, i creep totali sono n X lll.
• Lo scorrimento totale non ha solo dimensione, ma anche direzione, che tende sempre di lato con meno tensione.
• Entro un certo periodo in cui la condizione di trazione non viene modificata, la dimensione dello scorrimento totale della fune sull'ascensore sarà stabile e invariata.
• La dimensione e la direzione dello scorrimento totale sono indipendenti dalla posizione iniziale dell'auto.
• L'angolo di creep θ è la somma di θ₁ and θ₂. In condizioni ideali, consideriamo θ₁ = θ₂ = θ/2, il che significa che la dimensione è indipendente dalla direzione in cui scorre la fune.

Tuttavia, in un vero e proprio sistema di ascensori con cabina vuota, le condizioni di trazione sono diverse tra le direzioni, quindi θ₁ ≠ θ₂. La differenza è troppo piccola per essere osservata, quindi normalmente non viene considerata. La preoccupazione maggiore è la dimensione del creep totale. Non è necessario differenziare accuratamente i due componenti.

Va notato che lo scorrimento totale della fune misurato con il metodo sopra è in realtà lo "scorrimento totale della puleggia". A causa delle proprietà di un sistema di ascensore, la fune di sospensione (cabina) viene sempre considerata come posizione assoluta, il che significa che lo scorrimento totale della fune non può essere osservato. Tuttavia, possiamo osservare lo scorrimento totale della puleggia, la cui dimensione è uguale alla prima ma in direzione opposta.

La dimensione normale

Una chiara comprensione dello scorrimento totale è stata fatta secondo l'analisi di cui sopra, ma per un ascensore è necessario determinare quante dimensioni dello scorrimento totale si trovano in una regione ragionevole. A tal fine, questa sezione identificherà i fattori che influenzano la dimensione dello scorrimento totale.

Il modulo E equivalente della fune

Maggiore è il modulo E, maggiore è la resistenza all'allungamento della fune e minore è lo scorrimento totale della fune.

Caricare Synhydrid su entrambi i lati della puleggia

Maggiore è la differenza di tensione della fune su ciascun lato della puleggia, maggiore è l'allungamento elastico della fune per unità di lunghezza dopo il passaggio sulla puleggia. Pertanto, la maggiore corda totale si insinua. In un sistema di ascensori, lo scorrimento totale è correlato al carico nominale dell'ascensore. Per determinare se lo scorrimento totale su un ascensore da 1600 kg è maggiore di quello di un ascensore da 800 kg, ad esempio, si consideri che la dimensione dello scorrimento totale non è direttamente correlata alla capacità dell'ascensore. A parità di tipo di fune, rapporto di sicurezza e altezza di corsa, lo scorrimento totale è lo stesso. Questo perché con lo stesso rapporto di sicurezza, la tensione effettiva su ciascuna fune (dello stesso tipo) è la stessa, il che significa la stessa differenza di tensione e lo stesso scorrimento totale della fune.

Lunghezza totale della fune che passa sopra la puleggia

Più lunga è la fune che passa sulla puleggia, più cicli di rotazione ha la puleggia e maggiori sono il piccolo scorrimento accumulato della fune e lo scorrimento totale finale. Questo non è solo legato all'altezza di viaggio, ma anche al rapporto di sospensione.

Per un ascensore con un'altezza di corsa di 100 m e un rapporto di sospensione di 2:1, dopo un viaggio di andata e ritorno, la lunghezza totale della fune (2 X 2 X 100 = 400 m) passa sopra la puleggia, che è la stessa di un ascensore con un'altezza di viaggio di 200 me un rapporto di sospensione di 1:1.

Normalmente, lo scorrimento totale della fune è proporzionale all'altezza di marcia dell'ascensore. Poiché tale conclusione è predefinita, questi ascensori adottano lo stesso rapporto di sospensione.

Per verificare il rapporto tra creep totale e altezza di corsa, li testiamo su un ascensore con portata di 1000 kg, rapporto di sospensione di 2:1, piano/fermate di 26/26 e altezza di corsa di 78 m (per simulare “corse diverse altezza"). Il risultato del test è mostrato nella tabella 1.

Sulla base della considerazione globale, per gli ascensori per uso generale con un rapporto di sospensione di 2:1, velocità ≤ 2.5 mps e altezza di corsa ≤ 125 m, la dimensione consigliata dello scorrimento totale della fune è 20-60 mm e il massimo non deve superare 80mm.

Significato dell'ispezione dello scorrimento totale della fune

Il creep è una proprietà intrinseca e incapace di evitarlo, quindi perché lo studiamo? Come è noto, lo scorrimento della fune provocato dalla trazione si verifica solo sulla puleggia motrice. Le altre pulegge del sistema ascensore (come la puleggia di retromarcia sopra la cabina) non hanno i fenomeni di strisciamento.

Dopo l'installazione di un ascensore, lo scorrimento totale della fune è un valore fisso, che sarà stabile a lungo termine finché non ci saranno cambiamenti importanti nelle condizioni di trazione. Quindi, la migliore pratica è controllare regolarmente lo scorrimento totale della fune e monitorare le condizioni di trazione. Confrontare con lo scorrimento totale precedente e, una volta riscontrati grandi cambiamenti di scorrimento totale della fune, controllare le condizioni di trazione, come l'usura delle scanalature. Nota che lo "scorrimento totale" è la somma dello scorrimento totale più lo scorrimento.

L'autore una volta ha ricevuto lamentele da un cantiere: dopo non essere stati revisionati per molto tempo, alcuni ascensori sembravano spesso avere problemi di atterraggio irregolari, che hanno causato il crash del sistema e i passeggeri intrappolati. Secondo un'indagine e un'ispezione, non ci sono stati guasti sui componenti correlati, ma lo scorrimento totale della fune è stato di 500 mm. La conclusione è stata che la trazione non era sufficiente e si sono verificati gravi slittamenti tra le corde e le scanalature. Ciò ha portato l'auto a superare sempre l'atterraggio di destinazione, attivando codici di errore. È stato proposto di sostituire la puleggia di trazione con una nuova con un diverso profilo della scanalatura. Dopo la sostituzione, lo scorrimento totale si è ridotto a 45 mm e il codice di errore è scomparso.

Conclusione

Questo articolo ha analizzato l'origine e le proprietà dello scorrimento delle funi negli ascensori a fune. La formazione, la regola e la misurazione dello scorrimento totale sono state discusse in modo approfondito ed è stato fornito l'intervallo ragionevole di scorrimento. La misurazione regolare dello scorrimento totale della fune di un ascensore può monitorare il cambiamento nelle condizioni di trazione, che è estremamente significativo per la prevenzione dei guasti e il rilevamento precoce.

Referenze
[1] Peng Zhang. Ricerca teorica e di prova sui comportamenti dinamici del sistema di sospensione degli ascensori, Shanghai Jiaotong University, Shanghai (2007).
[2] Jihu Bao, Peng Zhang e Changming Zhu. "Vibrazione longitudinale dei sistemi di sollevamento a fune con lunghezza variabile nel tempo", Journal of Vibration and Shock, 32 (15): p. 173-177 (2013).
[3] Tianxiao Ren. "Ottimizzazione delle condizioni di trazione sull'ascensore", Journal of China Elevator, 13 (5): p. 19-22 (2002).
[4] Congjian Zhu. "Analisi dell'influenza dello slittamento elastico nella trasmissione a cinghia", Journal of University of Shanghai for Science and Technology, (4): p. 92-98 (1993).
[5] Chao Xu. "Analisi completa dello slittamento elastico nella trasmissione a cinghia",
Journal of Modern Machinery, (2): p. 49-52 (2002).
[6] Wolfgang Scheunemann, Wolfram Vogel e Thomas Barthel. “Cavo di acciaio per ascensori di trazione: terza parte.” ELEVATOR WORLD, settembre 2009: p. 95-106.